如何使用SOPC實現溫度傳感器測試系統設計

　　隨著科學技術的飛速發展，市場對高性能低功耗傳感系統的需求越來越高，對高精度溫度測量的需求也越來越高，精確的溫度測量已經成為現代測控技術中的重要組成部分。

　　傳統的溫度傳感器（熱電阻、熱電偶，半導體集成溫度傳感器）皆為模擬式傳感器，輸出信號必須通過模／數轉換，其缺點是轉換效率低、功耗大、換算復雜、抗電磁干擾能力差，不便于進行數字信號處理。而石英晶體溫度傳感器是一種輸出信號為頻率的數字式傳感器，具有靈敏度高、長期穩定性好、動態范圍寬、互換性好，易與數字系統兼容等特點。其頻率輸出信號不必經過A／D轉換器就可以與計算機連接，組成高精度的測量控制系統，因此已經成為微傳感器領域重要的研究對象。

　　傳統的溫度傳感器測控系統都是以單片機為核心來設計的，其缺點是測頻速度慢，易受外界條件的影響，可靠性差，功耗高。對此，本文引入SOPC技術，把SOPC技術和石英音叉溫度傳感器結合起來，設計一種高性能的數字化智能傳感系統。在設計中，將系統所需要的功能模塊集成到一片FPGA芯片上，構建了一個可編程的片上系統。這種設計提高了處理速度，具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在線可編程功能。

　　首先，論文對石英音叉溫度傳感器和SOPC技術的國內外現狀和發展趨勢進行分析，并分析了石英音叉溫度傳感器的工作原理，介紹了SOPC及其相關技術。其次，對該測試系統的軟硬件設計進行了詳細地介紹。硬件設計包括頻率測量模塊的設計和整個硬件系統的搭建，通過采用Vcrilog HDL語言來實現頻率測量模塊的設計，并使用SOPC Builder和Quartus II開發工具，將NIOS II處理器和頻率測量模塊集成到FPGA芯片上，完成硬件系統的構建；軟件設計包括用戶應用程序的編寫和調試，采用C語言編寫程序并使用NIOS II IDE開發工具來調試和運行整個測試系統。最后，對所設計的系統進行測試，通過實驗所得數據，對石英音叉溫度傳感器的靜動態特性進行分析，并采用最dx-乘法進行擬合，使用Matlab仿真出石英音叉溫度傳感器的特性曲線。